指定并保存以像素为单位的精确大小的图形

Question

假设我有一个大小为3841 x 7195像素的图像。我想将图中的内容保存到磁盘，从而得到我指定的像素大小的图像。

没有轴，就没有标题。只是图像而已。我个人并不关心DPI，因为我只想指定图像在屏幕上的大小（以磁盘为单位，以像素为单位）。

我读过其他线程，它们似乎都转换为英寸，然后以英寸为单位指定图形的尺寸，并以某种方式调整dpi。我希望避免处理像素到英寸转换可能导致的精度损失。

我尝试过：

w = 7195
h = 3841
fig = plt.figure(frameon=False)
fig.set_size_inches(w,h)
ax = plt.Axes(fig, [0., 0., 1., 1.])
ax.set_axis_off()
fig.add_axes(ax)
ax.imshow(im_np, aspect='normal')
fig.savefig(some_path, dpi=1)

运气不佳（Python抱怨宽度和高度必须都低于32768（？）

从我所看到的一切来看，matplotlib要求图形大小以inches和dpi为单位指定，但我只对图形在磁盘中的像素感兴趣。我该怎么做？

澄清一下：我正在寻找一种使用matplotlib实现这一点的方法，而不是使用其他图像保存库。

Answer 1

OP希望保留1:1的像素数据。作为一名处理科学图像的天文学家，我不能允许对图像数据进行任何插值，因为它会引入未知和不可预测的噪声或错误。例如，下面是通过pyplot保存的480x480图像的片段。savefig（）：matplotlib重采样为大约2x2的像素细节，但请注意1x2像素列

你可以看到大多数像素被简单地加倍了（所以1x1像素变成了2x2），但是一些列和行变成了1x2或2x1每像素，这意味着原始的科学数据已经被改变了。

正如阿尔卡所暗示的，plt。imsave（）将实现OP的要求。假设图像数据存储在图像数组im中，则可以执行以下操作

plt.imsave(fname='my_image.png', arr=im, cmap='gray_r', format='png')

在本例中，文件名具有png扩展名（但据我所知，您仍然必须指定格式='png'），图像数组是arr，我们选择倒灰度gray_r作为颜色图。我通常添加vmin和vmax来指定动态范围，但这些都是可选的。

最终结果是一个png文件，其像素尺寸与im阵列完全相同。

注意：OP没有指定轴等，这正是此解决方案所做的。如果要添加轴、记号等，我首选的方法是在单独的绘图上添加，使用transparent=True（PNG或PDF）保存，然后将后者覆盖在图像上。这保证了原始像素的完整性。

Answer 2

根据您的代码，这对我来说很有效，生成了一个93Mb的png图像，带有颜色噪声和所需的尺寸：

import matplotlib.pyplot as plt
import numpy

w = 7195
h = 3841

im_np = numpy.random.rand(h, w)

fig = plt.figure(frameon=False)
fig.set_size_inches(w,h)
ax = plt.Axes(fig, [0., 0., 1., 1.])
ax.set_axis_off()
fig.add_axes(ax)
ax.imshow(im_np, aspect='normal')
fig.savefig('figure.png', dpi=1)

我使用的是LinuxMint13中Python 2.7库的最后一个PIP版本。

希望有帮助！

Answer 3

Matplotlib不直接处理像素，而是处理物理尺寸和DPI。如果要显示具有特定像素大小的图形，需要知道显示器的DPI。例如，此链接将为您检测。

如果您的图像为3841x7195像素，则显示器不太可能如此大，因此您将无法显示该尺寸的图形（matplotlib要求图形适合屏幕，如果您要求的尺寸太大，它将缩小到屏幕尺寸）。假设您想要一张800x800像素的图像作为示例。以下是如何在我的显示器上显示800x800像素的图像（my_dpi=96）：

plt.figure(figsize=(800/my_dpi, 800/my_dpi), dpi=my_dpi)

所以你基本上只是用英寸除以你的DPI。

如果你想保存一个特定尺寸的图形，那就另当别论了。屏幕DPI不再那么重要了（除非你要求一个不适合屏幕的数字）。使用800x800像素图形的相同示例，我们可以使用Savefig的dpi关键字以不同的分辨率保存它。要以与屏幕相同的分辨率保存它，只需使用相同的dpi：

plt.savefig('my_fig.png', dpi=my_dpi)

要将其保存为8000x8000像素的图像，请使用10倍大的dpi：

plt.savefig('my_fig.png', dpi=my_dpi * 10)

请注意，并非所有后端都支持DPI的设置。这里使用了PNG后端，但是pdf和ps后端实现的大小不同。此外，更改DPI和大小也会影响字体大小等内容。较大的DPI将保持字体和元素的相对大小相同，但是如果您希望较大的图形使用较小的字体，您需要增加物理大小而不是DPI。

回到您的示例，如果您想保存3841 x 7195像素的图像，您可以执行以下操作：

plt.figure(figsize=(3.841, 7.195), dpi=100)
( your code ...)
plt.savefig('myfig.png', dpi=1000)

请注意，我使用100的数字dpi来适应大多数屏幕，但用dpi=1000保存以实现所需的分辨率。在我的系统中，这会产生一个3840x7190像素的png——似乎保存的DPI总是比选定的值小0.02像素/英寸，这将对大图像尺寸产生（小）影响。这里有更多的讨论。